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3.7 眼睛与光学仪器
第三章 光和眼睛
知识点
眼睛是怎样看见物体的
知1－讲
1
1. 人眼视物的过程
(1)如图1所示，角膜和晶状体的共同作用相当于凸透镜，视网膜相当于光屏。
知1－讲
(2)晶状体相当于一个焦距可以调节的凸透镜，正常的眼睛无论看远处物体还是近处物体，像都成在视网膜上。当睫状体放松时, 晶状体变薄, 远处来的光线恰好会聚在视网膜上, 眼球可以看清远处的物体；当睫状体收缩时, 晶状体变厚, 近处来的光线恰好会聚在视网膜上, 眼球可以看清近处的物体。(图2)
知1－讲
思想方法
等效法：在保证效果相同的前提下，将陌生的、复杂的、难处理和难理解的问题转换成熟悉的、简单的、易处理和易理解的问题的一种方法。例如：把不熟悉的晶状体等效成凸透镜，把看不见的视网膜等效成光屏。
知1－讲
2. 近视眼和远视眼的成因与矫正
近视眼和远视眼是两个相对的对象，其成因和矫正方法都是相反的，故采用比较法识记并理解。
知1－讲
特点 成因 矫正
近 视 眼 能看清近处的物体，看不清远处的物体 晶状体太厚，折光能力太强，或者眼球前后方向太长，导致成像在视网膜前
戴用凹透镜(发散透镜)做成的近视眼镜
知1－讲
特点 成因 矫正
远 视 眼 能看清远处的物体，看不清近处的物体 晶状体太薄，折光能力太弱，或者眼球前后方向太短，导致成像在视网膜后
戴用凸透镜(会聚透镜)做成的远视眼镜
知1－练
例 1
现代生活中，人们由于长时间用眼而导致视力下降。
图3 中关于近视眼成因及其矫正的原理图正确的是( )
A. 甲和丙 B. 甲和丁 C. 乙和丙 D. 乙和丁
知1－练
解题秘方：图示来源于课本，明确近视眼与远视眼的成因是解决此题的关键。
知1－练
解析：图甲的入射光线会聚在视网膜的前方，是晶状体折光能力太强造成的，属于近视眼的成像情况；为了使光线会聚在视网膜上，需要使光线在进入人的眼睛之前发散一下，因此需要配戴对光线具有发散作用的凹透镜来矫正，即图丁。
知1－练
图乙的入射光线会聚在视网膜的后方，是晶状体折光能力太弱造成的，属于远视眼的成像情况；为了使光线会聚在视网膜上，需要使光线在进入人的眼睛之前会聚一下，因此需要配戴对光线具有会聚作用的凸透镜来矫正，即图丙。综上所述，甲、丁是近视眼的成因和矫正图。故选B。
答案：B
知1－练
1. 人眼球的折光系统整体作用相当于光轴可转、焦距可变的凸透镜。其特点是物距必须大于二倍焦距，所以只能在视网膜上成倒立、缩小的实像。在某同学从低头写字到抬头看黑板的过程中，其眼球折光系统的焦距将(　　)
A. 变大 B. 变小
C. 不变 D. 先变大后变小
A
知2－讲
知识点
跨学科实践 用“水透镜”探究近视眼的形成原因
2
1. 活动内容 用“水透镜”模拟眼睛的晶状体来研究近视眼的成因。
2. 活动小组成员组成 同班同学。
知2－讲
3. 活动前的准备工作
(1)调查我国儿童、青少年总体近视率及初中生的近视率。
(2)查阅资料总结产生近视的原因。
(3)选取塑料管、透明弹性膜、注射器、细橡胶管、棉线和水，自制一个“ 水透镜”备用。
知2－讲
4. 设计实验与制订方案
利用实验室或自制的“水透镜”模拟眼睛成像的过程。(图4)
知2－讲
(1)用注射器向“水透镜”的薄膜中缓慢注水(模拟眼睛的晶状体)，使薄膜略微凸起，然后点亮光源，调整光屏(模拟眼睛的视网膜)的位置，直至观察到光源的清晰 的像。
(2)用注射器继续向薄膜中注水，以增加薄膜的凸起程度，观察光源的像如何变化。
知2－讲
5. 成果展示与交流
(1) 用“水透镜”演示各自的探究过程，陈述产生近视眼的原因。
(2)针对不良用眼习惯的调查结果，与同学交流预防近视眼的方法。
知2－讲
知识链接
本次跨学科实践活动的目的与意义：
视力的健康与每个同学的生活和健康成长都息息相关，通过用“水透镜”研究近视眼的形成原因，一是加强对视力健康的重视；二是实现物理学科与生物学科的跨学科融合，深入了解学科与学科之间不是孤立存在的个体，而是有着千丝万缕的内在联系，从而能更加辩证地看待事物；三是因为光学的抽象性，仅借助文字和图片去学习该知识点，很多时候会难以理解，利用简单自制的“水透镜”结合相应的物理知识，去模拟眼球正常和近视时的成像过程，就可以形象记忆了。
知2－练
随着中考的临近，同学们每天都在紧张的学习和备考中度过，部分同学由于用眼过度，导致视力下降，形成了近视眼。小组同学开展了“保护视力，远离近视”的项目学习活动。下面是该小组同学交流的实践过程，请帮助他们完成以下内容。
例 2
知2－练
解题秘方：本题研究近视眼的成因和矫正过程，知道透镜对光的作用是解题的关键。凸透镜对光的偏折能力增强，则成像提前，凸透镜对光的偏折能力减弱，则成像延迟。
知2－练
【项目分解】
(1)近视眼的形成原因；
(2)如何矫正近视眼。
【项目实施】
(1)近视眼的形成原因
知2－练
为了研究近视眼的形成过程，组装如图5甲所示的实验装置，其中“F”字样的光源代替物体，光屏模拟视网膜。图乙所示的②号凸透镜模拟晶状体，打开光源，调节器材高度和位置，直到光屏
上呈现倒立、缩小的
清晰的像。请回答
下列问题：
知2－练
模拟近视眼视物情况，应选择图乙中的_____(填序号)号透镜代替②号透镜，安装在光具座上后，光屏上的像变模糊；适当向左移动光屏，光屏上的像再次清晰。由此可知，近视眼的形成可能是由于晶状体过______
(填“厚”或“薄”)，折光能力过强造
成的。
③
厚
知2－练
解析：近视眼是晶状体凸度过大或眼球前后径过长，外界物体的像成在视网膜前方引起的，因此应选取凸度更大的③号透镜模拟近视眼的晶状体，由此可知，近视眼的形成可能是由于晶状体过厚，折光能力过强造成的。
知2－练
(2)如何矫正近视眼
①近视程度不同的同学需要配戴焦距不同的眼镜。
用如图丙所示的水透镜放在光具座上的合适位置，代替眼镜模拟近视眼视力矫正。应将水透镜置于光具座上的____ (填“A”“B”或“C”)点，缓缓调节水透
镜中的水量，当水透镜形成焦距
合适的_____透镜时，光屏上呈现
清晰的像，近视眼的成像情况得到改善。
B
凹
知2－练
②更换焦距更小的凸透镜模拟近视程度更严重的晶状体，为了改善视网膜上的成像情况，实验时发现只需要用注射器抽取适量的水，就可以改变水透镜的“度数”(眼镜的度数=，焦距的单位：m)，使光屏上呈现清晰的像。根据上述实验现象可知：近视程度更严重的同学应选择焦距更______(填“大”或“小”)的透镜来矫正视力。
小
知2－练
解析：图甲中C点在凸透镜(晶状体)和光屏(视网膜)之间，是眼睛的内部，因此模拟近视眼镜的水透镜应放置在模拟晶状体的凸透镜前的B点；由于近视眼需要配戴凹透镜矫正，因此应将水透镜调节成焦距合适的凹透镜；根据上述实验现象可知，近视程度更严重的同学，其晶状体焦距更小，对光的会聚能力更强，故需用对光发散能力更强、焦距更小的凹透镜矫正视力。
知2－练
【项目拓展】
该小组同学查阅资料得知，近视眼本身是由于眼轴变长导致物体不能在视网膜上成像，现在很多医疗机构都可以利用激光治疗近视眼。而激光手术治疗近视眼，是需要做一个角膜瓣儿，通过角膜的厚度改变眼睛的整个屈光度，需要削减掉一部分角膜。
知2－练
模拟激光矫正情景：如图丁所示，用注水的水透镜代替图甲光具座上的凸透镜，模拟激光矫正后的晶状体，只需将水透镜中的水适当______(填“抽取”或“注入”)。
抽取
知2－练
这相当于利用激光技术改变晶状体的厚度，从而改变眼睛的屈光度。激光手术只能够改变现在的近视度数，并不能够彻底治疗近视眼。手术之后还是需要养成良好的用眼习惯，请你从防止近视、保护视力的角度提出一条合理性建议_____________________________________________________________________________________。
连续看书、写字的时间不宜过长，或不要在光线太强、太暗的环境下看书(合理即可)
知2－练
解析：图丁是模拟激光矫正的情景，矫正后的晶状体变薄，故此时需要用注射器从模拟晶状体的水透镜中抽取适量的水；为了使同学们养成良好的用眼习惯，防止近视、保护视力，建议如下：连续看书、写字的时间不宜过长，或不要在光线太强、太暗的环境下看书。
知2－练
2. 小明用自制的水透镜来探究凸透镜成像规律，当向水透镜里注水时，水透镜的焦距将变小；当从水透镜里抽水时，水透镜的焦距将变大。
知2－练
(1)如图甲所示，一束平行于主光轴的光射向水透镜，在光屏上得到一个最小、最亮的光斑，此时水透镜的焦距为______cm，实验前，应调节烛焰、
水透镜和光屏的中心在
_________上。
8.0
同一高度
知2－练
(2)为了看到的像更清楚，应该在较_____(填“亮”或“暗”)的环境中进行实验。
(3)小明移动蜡烛、水透镜和光屏至图乙所示位置时，恰能在光屏上看到清晰的像，像的特点
是倒立、缩小的______(填“实”
或“虚”)像。
暗
实
知2－练
(4)将蜡烛移至距水透镜5 cm 处，此时无论怎样移动光屏都无法在光屏上看到清晰的像，则应从_______(填“蜡烛”或“光屏”)一侧透过水透镜观察像的特点。
光屏
知2－练
(5)在图乙所示实验场景下，该同学给水透镜“ 戴上”一种眼镜，如图丙所示，当向水透镜中注入适量的水后，他发现光屏上的像再次变得清晰，则“ 戴”的是______(填“近视”或“远视”)眼镜。
近视
知2－练
(6)如图丁所示为某同学的照片，图戊是实验后她将照片从紧贴水透镜到逐渐远离水透镜过程中，眼睛透过水透镜观察到的照片的像，看到像的顺序应该是______。
A. ②①③④
B. ③②①④
C. ②③④①
D. ④①②③
B
知3－讲
知识点
影像的保存
3
1. 照相机的构造与工作原理(图6 )
知3－讲
全自动数码照相机具有自动调焦、调光功能，摄影时只需将被摄主体调整在显示屏画面中的恰当位置， 按下快门就可拍得所需要的影像了， 操作非常简单，而且可以方便地将图像传输到计算机上欣赏和加工。
知3－讲
2. 照相机与眼睛
照相机 眼睛
图示
相当于凸透镜 镜头 晶状体
知3－讲
续表：
照相机 眼睛
成像位置 胶片(或感光元件) 视网膜
原理 当u>2f时，成倒立、缩小实像的规律 调节 物距变化时调节像距来获取清晰的像 物距变化时调节焦距来获取清晰的像
知3－讲
知识拓展：如图7所示的是投影仪成像示意图，使用时将投影片放在凸透镜的一倍焦距和
二倍焦距之间，通过凸透镜成倒立、
放大的实像，再通过平面镜将像投到
挂在墙上的屏幕上。
知3－讲
知识归纳
眼睛看物体，眼球好像照相机。
凸透镜——角膜和晶状体，光聚视网膜，实像识物是原理。
看远近，变焦距，全靠睫状体。
知3－讲
知识关联
对于科技前沿的新知识、新元件，根据其功能和产生的效果或者操作规则，将其与学过的物理知识和情境进行关联，转换成熟悉的知识和情境，从而获取解决问题的途径和方法。比如，扫码、刷脸软件，实质就是照相机原理。再比如，无论是结构多么复杂的照相机，其成像原理都是一样的。
知3－练
如图8所示，是神舟十六号乘组返回地面前手持高清相机通过飞船绕飞拍摄的空间站组合体全景照片。若照相机镜头的焦距为f，拍照时像距(　　)
A. 略小于f
B. 略大于f
C. 略小于2f
D. 略大于2f
例 3
知3－练
解题秘方：照相机的镜头是一个凸透镜；拍照时，物体到镜头的距离大于二倍焦距，成倒立、缩小的实像；像距在一倍焦距和二倍焦距之间；增大物距，像变小，像距变小；据此分析。
知3－练
解析：照相机镜头的焦距为f，拍照时像距在一倍焦距和二倍焦距之间；拍摄空间站组合体全景照片时，物距较大，所以像距较小，应略大于f，故A、C、D 错误，B 正确。
答案：B
知3－练
3. [中考·黄冈] 超市安装了一种刷脸自助储物柜。某顾客站在屏幕前50 cm 处，按下“存”按钮，屏幕上方的摄像头启动，出现人脸缩小的像，柜门打开。下列说法正确的是(　　)
A. 该摄像头相当于一个凹透镜
B. 该摄像头对光具有发散作用
C. 该摄像头的焦距可能是0.20 m
D. 该摄像头成像原理是光的反射
C
知4－讲
知识点
眼睛的好帮手
4
1. 认识显微镜
(1)显微镜主要由物镜和目镜两组凸透镜组成，用于观察人们肉眼无法看到的微小物体或物体的精细结构。(图9)
知4－讲
①物镜：物体放在物镜一倍焦距和两倍焦距之间，成倒立、放大的实像。
②目镜：物镜所成的像落在目镜一倍焦距之内，成正立、放大的虚像。
通过两次放大，我们可以看清微小物体。
(2)显微镜放大倍数等于目镜与物镜放大倍数的乘积。
知4－讲
2. 认识望远镜
普通望远镜和天文望远镜(图10)主要也是由物镜和目镜两组凸透镜组成的。通过目镜观察到物体的虚像，好像物体被移近了，我们就能看清远处的物体，拓宽了观察的视野。
知4－讲
思想方法
优点组合：把两个个体的优点组合在一起，形成一个新的物体，从而充分发挥各自的优势，使新物体具有更高的品质。
例如：显微镜经过两次放大，效果更好；望远镜先把远处物体成像位置拉近，然后再放大，可以看得更清晰。
知4－讲
3. 比较异同，理解显微镜和望远镜(双凸透镜类型)知识
(1)显微镜和望远镜(双凸透镜类型)，二者的目镜和物镜都是凸透镜；目镜也都相当于放大镜，使物体成放大的虚像。
(2)望远镜(双凸透镜类型)物镜是把远处的物体在焦点附近成缩小的实像；而显微镜的物镜是使物体成放大的实像。
(3)望远镜是把远处物体拉近看清，而显微镜是将微小物体连续两次放大看清。
知4－讲
关联思考 显微镜和望远镜(双凸透镜类型)分别相当于是哪两种仪器的组合？
关联结果
显微镜相当于投影仪加放大镜；望远镜相当于照相机加放大镜。
知4－练
小明在用显微镜观察上皮组织细胞时，通过调节，已使被观察物体处在视野的中央了，但像太小，观察不清楚，这时他应该(　　)
A. 使物镜远离物体，目镜位置不变
B. 使物镜靠近物体，目镜远离物镜一些
C. 使物镜远离物体，目镜靠近物镜一些
D. 使物镜位置不变，目镜靠近物镜一些
例 4
知4－练
解题秘方：明确显微镜在成像时，物镜与目镜所起的作用，各自的成像位置、特点，是解答此题的关键。
知4－练
解析：显微镜的物镜使物体成倒立、放大的实像，相当于投影仪的作用，根据“成实像时物近像远像变大”的规律知，应缩小物距，才能使像变大；显微镜的目镜是起放大镜的作用，以物镜所成的像为“物体”，再进行二次成像，此时的“物体”在目镜的一倍焦距之内，根据放大镜“物远像远像变大”的规律知，应使目镜远离物镜一些。对照选项可知，只有B符合题意。
答案：B
知4－练
4. [锦州期中，多选] 透镜在生活中应用广泛，下列说法正确的是(　 　)
A. 显微镜的物镜和目镜都是凸透镜
B. 天文望远镜的物镜将远处的物体成缩小的像
C. 投影仪成的是正立、放大的实像
D. 用放大镜看地图时，不可能看到缩小的像
A、B
眼睛与光学仪器
近视眼成
因及矫正
远视眼成
因及矫正
眼睛
眼睛与
光学仪器
影像的保存
照相机
投影仪
眼睛的好帮手
显微镜
望远镜

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